全球各主要季風(fēng)區(qū)濕季和干季降雨變化趨勢、變率和偏度特征的對比

駱鑒洲 翁錦文 駱蔚健 王磊

摘要 對比了1979—2020年全球8個主要季風(fēng)區(qū)濕季和干季降雨的長期變化趨勢、變率和偏度特征。主要結(jié)果如下：（1）在長期變化趨勢方面，東亞、西北太平洋和北非季風(fēng)的濕季降雨以及印度季風(fēng)的干季降雨呈現(xiàn)顯著的增加趨勢，而北美和南美季風(fēng)的干季降雨和南美季風(fēng)的濕季降雨呈現(xiàn)顯著的下降趨勢。東亞和北非季風(fēng)（南美季風(fēng)）的濕季—干季降雨差值呈現(xiàn)顯著的增加（下降）趨勢。（2）在變率方面，北美和北非季風(fēng)濕季和干季降雨的方差在2000—2020年（P2時期）要小于1979—1999年（P1時期）；南非和澳洲季風(fēng)濕季和干季降雨的方差在P2時期要大于P1時期；東亞、西北太平洋和南美季風(fēng)降雨方差的變化在濕季和干季存在不一致性，濕季（干季）降雨的方差在P2時期增加（減?。?。（3）在偏度方面，東亞、印度、澳洲和南非季風(fēng)干季降雨和東亞季風(fēng)濕季降雨的偏度值在P2時期增加；而西北太平洋季風(fēng)干季降雨和北非季風(fēng)濕季降雨的偏度值在P2時期減小。

關(guān)鍵詞 全球季風(fēng)；季風(fēng)降雨；變化趨勢；偏度；方差

中圖分類號：P467 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）04–0129-03

全球各主要季風(fēng)區(qū)濕季和干季降雨的變異與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動息息相關(guān)。全球季風(fēng)區(qū)降雨的變異受到了廣泛關(guān)注[1-7]。圍繞全球季風(fēng)降雨變異的特征、機制和預(yù)報等方面的研究具有重要的現(xiàn)實與科學(xué)意義。

全球包括多個不同的季風(fēng)區(qū)，這些不同季風(fēng)區(qū)降雨的變異主周期，以及與El Ni?o-Southern Oscillation （ENSO）之間的關(guān)系等方面均存在區(qū)域差異性[8-9]。本研究將對比全球各主要季風(fēng)區(qū)濕季和干季降雨在長期變化趨勢、變率和偏度特征等方面可能存在的區(qū)域差異。

1 數(shù)據(jù)和方法

本研究使用的降雨數(shù)據(jù)來自全球GPCP降水?dāng)?shù)據(jù)[10]，數(shù)據(jù)的時間范圍為1979—2020年。

根據(jù)Wang等[11]利用干季降水與濕季降水的差值定義季風(fēng)區(qū)。根據(jù)Yim等[12]的區(qū)域選取方法，將全球季風(fēng)劃分為8個主要的子區(qū)域，包括西北太平洋季風(fēng)區(qū)、東亞季風(fēng)區(qū)、印度季風(fēng)區(qū)、北美季風(fēng)區(qū)、北非季風(fēng)區(qū)、南美季風(fēng)區(qū)、澳洲季風(fēng)區(qū)和南非季風(fēng)區(qū)。季風(fēng)的濕季選取的季節(jié)為：5—9月（北半球）和11—翌年3月（南半球）；干季選取的季節(jié)為：11—翌年3月（北半球）和5—9月（南半球）。

利用公式（1）計算時間序列的偏度：

其中，n表示數(shù)據(jù)長度，表示第i個數(shù)據(jù)，x表示數(shù)據(jù)的平均值。

運用M-K趨勢檢驗方法檢驗時間序列線性變化趨勢的顯著性。

2 結(jié)果與分析

首先，對比了全球8個主要季風(fēng)區(qū)濕季和干季降雨的長期變化趨勢（圖1）。在濕季降雨方面，東亞季風(fēng)、西北太平洋季風(fēng)和北非季風(fēng)的濕季降雨呈現(xiàn)顯著的增加趨勢，南美季風(fēng)的濕季降雨則呈現(xiàn)顯著的下降趨勢。在干季降雨方面，印度季風(fēng)的干季降雨呈現(xiàn)顯著的增加趨勢，而北美季風(fēng)和南美季風(fēng)干季降雨呈現(xiàn)顯著的下降趨勢。在濕干季降雨差值（定義為濕季降雨減干季降雨）方面，東亞季風(fēng)和北非季風(fēng)的濕季—干季降雨差值呈現(xiàn)顯著的增加趨勢，而南美季風(fēng)的濕季—干季降雨差值則呈現(xiàn)顯著的下降趨勢。這表明，東亞和北非季風(fēng)降雨在濕季和干季的差異性有加強的趨勢（可能主要受到濕季降雨增加的影響），而南美季風(fēng)降雨在濕季和干季的差異性呈減弱的趨勢（可能主要受到濕季降雨減少的影響）。

圖2對比了全球8個主要季風(fēng)區(qū)濕季和干季降雨的變率特征（利用標(biāo)準(zhǔn)方差表示）。總體來看，所有季風(fēng)區(qū)濕季降雨的方差值都要大于干季降雨的方差值[13]?？紤]到ENSO在2000年發(fā)生了顯著的年代際變異，選取了2000年前后的2個時期：P1（1979—1999年）和P2（2000—2020年）。在濕季降雨方面（圖2a），東亞、西北太平洋、澳洲、南非和南美季風(fēng)的降雨方差在P2時期大于P1時期，北美和北非季風(fēng)的降雨方差在P2時期小于P1時期，而印度季風(fēng)2個時期的方差基本相同。

在干季降雨方面（圖2b），東亞、西北太平洋、北美、北非和南美季風(fēng)的降雨方差在P1時期大于P2時期；印度、澳洲和南非季風(fēng)的方差在P1時期小于P2時期?？紤]到ENSO（Ni?o3.4指數(shù)）的方差在2000年以后有減小的趨勢，北美和北非季風(fēng)濕季和干季的降雨在P2時期的方差都要小于P1時期，這與Ni?o3.4指數(shù)方差的變化趨勢是一致的。

進一步對比了全球8個主要季風(fēng)區(qū)濕季和干季降雨的偏度特征。在濕季降雨方面（圖3a），東亞季風(fēng)的濕季降雨偏度在P2時期大于P1時期，而北非季風(fēng)的偏度在P2時期小于P1時期；西北太平洋、北美、印度、澳洲、南非和南美季風(fēng)區(qū)均呈現(xiàn)出由P1時期的負(fù)偏度轉(zhuǎn)變?yōu)镻2時期的正偏度的變化特征。在干季降雨方面（圖3b），東亞、印度、澳洲和南非季風(fēng)區(qū)的干季降雨偏度在P2時期大于P1時期，西北太平洋季風(fēng)的干季降雨偏度在P2時期小于P1時期，而北非季風(fēng)兩個時期的偏度值基本相同。ENSO（Nino3.4指數(shù)）的偏度在2000年以后有正偏度值增加的趨勢，東亞、印度、澳洲和南非季風(fēng)干季降雨和東亞季風(fēng)濕季降雨的偏度存在與Ni?o3.4指數(shù)偏度的整體變化趨勢比較一致。

3 結(jié)論

對比了1979—2020年全球8個主要季風(fēng)區(qū)濕季和干季降雨的長期變化趨勢、變率和偏度特征。分析結(jié)果如下：

（1）在長期變化趨勢方面，東亞、西北太平洋和北非季風(fēng)的濕季降雨，以及印度季風(fēng)的干季降雨呈現(xiàn)顯著的增加趨勢，而北美和南美季風(fēng)的干季降雨，以及南美季風(fēng)的濕季降雨呈現(xiàn)顯著減少趨勢，其他季風(fēng)的干季和濕季降雨的長期變化趨勢不顯著。東亞和北非季風(fēng)的濕季—干季降雨差值呈現(xiàn)顯著的增加趨勢，而南美季風(fēng)的濕季—干季降雨差值則呈現(xiàn)顯著的減少趨勢。

（2）在變率方面，全球各主要季風(fēng)區(qū)的濕季降雨的方差都要大于干季降雨。北美和北非季風(fēng)濕季和干季的降雨在2000—2020年（P2時期）的方差要小于1979—1999年（P1時期）的，這與Ni?o3.4指數(shù)方差的變化趨勢相一致；南非和澳洲季風(fēng)濕季和干季降雨的方差在P2時期要大于P1時期的；東亞、西北太平洋和南美季風(fēng)降雨的方差變化在濕季和干季存在不一致性，濕季降雨的方差在P2時期增加，而干季降雨的方差在P2時期減小。

（3）在偏度方面，東亞、印度、澳洲和南非季風(fēng)的干季降雨和東亞季風(fēng)濕季降雨偏度值在P2時期大于P1時期，這與Ni?o3.4指數(shù)的偏度變化趨勢一致；西北太平洋季風(fēng)干季降雨和北非季風(fēng)濕季降雨的偏度值在P2時期小于P1時期；北美和南美季風(fēng)干季降雨，以及大部分季風(fēng)（除北非和東亞季風(fēng)以外）濕季降雨的偏度值都呈現(xiàn)出從P1時期的負(fù)偏度轉(zhuǎn)變?yōu)镻2時期的正偏度的變化特征。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Abstract In this study， the long-term trends， variability and skewness characteristics for rainfall in wet and dry seasons in eight global major monsoon regions from 1979 to 2020 were compared. The main results were as follows： （1） The wet-season precipitation of the East Asian， Northwest Pacific and North African monsoons and the dry-season precipitation of the Indian monsoon showed a significant increasing trend， while the dry-season precipitation of the North American and South American monsoons and wet-season precipitation of the South American monsoon displayed a significant downward trend. The rainfall difference between the wet season and the dry season showed a significant increasing （decreasing） trend for the East Asian and North African monsoons （the South American monsoon）. （2） The rainfall variances in the wet and dry seasons in 2000—2020 （P2 period） were smaller than those in 1979—1999 （P1 period） for the North American and North African monsoons. The rainfall variances in the wet and dry seasons in P2 period were larger for the South African and Australian monsoons. The rainfall variances of the East Asian， Northwest Pacific and South American monsoons were inconsistent between the wet season and the dry season， which were increased （decreased） for the wet-season （dry-season） rainfall during P2 period. （3） The rainfall skewness was increased in P2 period for the dry-season precipitation in East Asian， Indian， Australian and South African monsoons and the wet-season precipitation in the East Asian monsoon， but decreased for the dry-season precipitation in the Northwest Pacific monsoon and the wet-season precipitation in the North African monsoon.

Key words Global Monsoon; Monsoonal rainfall; Trend; Skewness; Variance

基金項目 國家自然科學(xué)基金項目（41776031）；國家重點研發(fā)計劃項目（2018YFC1506903）；廣東省普通高校創(chuàng)新團隊項目（2019KCXTF021）；廣東海洋大學(xué)博士啟動科研基金項目（R17051）。

作者簡介 駱鑒洲（2000—），男，廣東清遠(yuǎn)人， 主要從事海氣相互作用與氣候變化研究，*通信作者：王磊（1979—），男，教授，主要從事海氣相互作用與氣候變化研究，E-mail：wanglei@gdou.edu.cn。